Rifiuti "Radioattivi"

Concluso esperimento "Megapie"

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 Concluso esperimento scientifico internazionale per l'impiego di neutroni per il trattamento dei rifiuti nucleari
ENEA partner italiano dell'esperimento MEGAPIE

Roma, 31 dicembre 2007

MEGAPIE è il più innovativo esperimento scientifico internazionale finalizzato a dimostrare la possibilità di produrre una sorgente di neutroni di elevata potenza da impiegare in vari settori della ricerca, ed in particolare, per il bruciamento dei rifiuti radioattivi. 
L’esperimento ha consistito in una prima fase di irraggiamento, riuscendo a produrre una sorgente di neutroni di elevata potenza colpendo un bersaglio di metallo liquido con un fascio di protoni. 
MEGAPIE è stato condotto presso il Paul Scherrer Institute (PSI) di Villigen in Svizzera, impegnando esperti della comunità scientifica internazionale dal suo avvio, avvenuto nell’agosto 2006, fino a quando le attività di ricerca sono state portate a termine a fine dicembre 2006. 
Per questo esperimento è stato utilizzato un fascio di neutroni da 1 MW, il più potente al mondo, ed i  risultati ottenuti hanno dimostrato che il flusso neutronico prodotto era più elevato dell’ 80% in comparazione a quello che si ottiene con gli abituali bersagli di tipo solido, superando di gran lunga le aspettative iniziali.
L’Italia ha partecipato tramite l’ENEA a questo esperimento, nell’ambito del quale ha svolto attività di progettazione dei sistemi di carico e scarico del “bersaglio di spallazione”, ovvero di una sorta di modulo, chiamato “target”, nel quale avviene una reazione in cui il nucleo bersaglio emette neutroni a seguito del bombardamento con protoni ad alta energia, oltre ad attività di qualificazione dei sistemi per l’asportazione di calore, di qualificazione  dei materiali strutturali in condizione di corrosione da metallo liquido e di verifica termo-meccanica del target stesso. 
Il supporto italiano a questo esperimento è stato pari a circa l’otto per cento del valore delle realizzazioni effettuate, ma l’Italia è risultato il terzo paese per forniture tecnologiche dopo la Svizzera  e la Francia. L’industria italiana, infatti,  ha realizzato alcune delle parti più delicate del sistema, ricevendo il 22 % degli investimenti per la realizzazione del “target” e dei suoi sistemi ausiliari, ed in particolare: il circuito di asportazione del calore, il circuito di circolazione del gas di copertura del “target”, il sistema di carico. Tutto ciò è stato reso possibile dalle elevate competenze tecnico scientifiche maturate a livello nazionale sia nel settore della ricerca sui sistemi ADS e delle tecnologie dei metalli liquidi pesanti sia nel settore dello sviluppo industriale. 
Il Paul Scherrer Institute ha coordinato i lavori per l’installazione e l’assemblaggio del bersaglio e del sistema nel suo complesso. Le autorità svizzere competenti per la sicurezza (Swiss Federal  Office of Public Health) hanno garantito il controllo di tutte le operazioni. 

MEGAPIE ha fornito informazioni di grande rilevanza per lo sviluppo di queste tecniche, e la campagna sperimentale viene seguita da un team internazionale con competenze interdisciplinari, composto da 170 persone tra ricercatori, ingegneri e tecnici provenienti da nove Istituti di ricerca ed Agenzie governative tra Europa (CEA, CNRS, ENEA, FZK, PSI, SCK-CEN), Giappone (JAEA), Corea (KAERI) e Stati Uniti d’America (USDOE). I costi del progetto MEGAPIE, pari a circa 50 milioni di euro complessivi, sono stati suddivisi tra i vari partecipanti, compresa l’Unione Europea. 
Lo studio del bersaglio, ora fatto solidificare, continuerà per i prossimi 2 anni fornendo preziosissime informazioni sulla composizione ed il comportamento dei materiali utilizzati nell’esperimento.Alla validazione della tecnologia con i bersagli a metallo liquido prendono parte anche gli Stati Uniti e Giappone, che partecipano con propri progetti. MEGAPIE costituirà una base fondamentale per tutti i futuri progetti industriali per l’incenerimento delle scorie nucleari e per i reattori sottocritici alimentati da acceleratore. 
L’utilizzo dei neutroni per il trattamento dei rifiuti radioattivi:
Con la loro alta energia, i neutroni possono essere utilizzati per alimentare un reattore sottocritico, in cui gli elementi radioattivi a lunga vita, quali nettunio, americio e curio, che si trovano nei rifiuti prodotti negli impianti nucleari, possono essere trasmutati in elementi a tempo di decadimento più breve, se non, addirittura, in elementi stabili. A causa delle loro proprietà pressoché uniche, i neutroni risultano essere particelle di grande importanza per la ricerca scientifica. La struttura atomica della materia, la dinamica, così come le sostanze biologiche possono essere investigate sfruttando questi costituenti dell’atomo. Tuttavia, per essere disponibili, i neutroni devono essere rilasciati dai nuclei atomici, così come avviene nel sistema di spallazione neutronica SINQ (Spallation Neutron Source) presso il Paul Scherrer Institute. Qui un fascio protonico di alta energia è diretto contro un bersaglio metallico, provocando l’emissione, per spallazione, dei neutroni dagli atomi del metallo. Fino ad oggi i bersagli impiegati sono sempre stati di tipo solido, ma i calcoli teorici effettuati hanno sempre evidenziato come bersagli di metallo liquido avrebbero consentito di produrre flussi neutronici più elevati.
Da qui è nato l’esperimento MEGAPIE (Megawatt Pilot Experiment), pensato per dimostrare la veridicità o meno delle previsioni teoriche, nonché la possibilità di operare sul lungo periodo un bersaglio costituito da 920 kg di piombo-bismuto liquido, impiegando il fascio protonico del ciclotrone presente al Paul Scherrer Institute, in grado di fornire una potenza in uscita di 1 MW. Usando questo fascio ad elevata potenza si ottiene un effetto equivalente a quello che si avrebbe impiegando la potenza di 500 stufe elettriche per riscaldare una teiera.
 

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